G énétique des co-récepteurs du VIHet de leurs ligands: influence sur la pathogénie du SIDA

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m/s n° 8-9, vol. 14, août-septembre 98

G

énétique des co-récepteurs du VIH

et de leurs ligands :

influence sur la pathogénie du SIDA

influen-cent la susceptibilité à l’infection au VIH et la vitesse de la progression vers le stade SIDA (syndrome de l’immunodéficience acquise) des individus infectés ? Alors que l’immu-nosuppression, caractéristique des stades avancés de la maladie, peut survenir chez certains individus deux à trois ans après l’infection (progre-seurs rapides), d’autres ne présentent aucun symptôme clinique pendant plus d’une dizaine d’années (progres-seurs lents). Par ailleurs, certains indi-vidus ne semblent pas s’infecter mal-gré des expositions répétées au VIH. Cette question a été et demeure encore parmi les thèmes principaux de recherche dans le domaine de la physiopathologie du SIDA.

La porte d’entrée du VIH dans les cellules cibles est composée d’un ensemble de protéines incluant la molécule CD4 et des co-récepteurs. Ces derniers appartiennent surtout à la famille des récepteurs de chimio-kines, des protéines à sept domaines transmembranaires (m/s n° 4, 1997, p. 613). Les souches qui n’infectent que les macrophages, les cellules T primaires appelées macrophage-tro-piques, utilisent le co-récepteur CCR5 (récepteur des CC-chimio-kines) alors que le CXCR4 (récep-teur des CXC-chimiokines) sert de co-récepteur pour les souches n’infectant que les lymphocytes T ou T-tropiques. Outre CCR5 et CXCR4, d’autres co-récepteurs tels que CCR2b et CCR3 peuvent être utilisés par des souches qui infectent les deux types cellulaires et sont dites bi-tropiques [1]. A l’heure actuelle huit protéines ont été identifiées comme co-récepteurs du VIH et d’autres s’ajouteront probablement à cette

liste [2]. Trois chimiokines, RANTES, MIP1α et MIP1β sont capables de lier le récepteur CCR5 et de bloquer l’infection par les souches macrophage-tropiques (m/s n° 3, 1996, p. 423). De même, le facteur dérivé des cellules stromales, SDF-1

(stromal-derived factor-1) ; ligand du CXCR4, empêche l’entrée des souches T-tropiques (m/s n° 10, 1996, p. 1185) (figure 1).

La découverte de tous ces co-récep-teurs et de leurs ligands a permis de répondre à plusieurs questions

por-NOUVELLES

Figure 1. Voies et étapes de pénétration du VIH dans une cellule hôte. A. Le virus s’attache d’abord au CD4 via sa glycoprotéine de surface, la molécule gp120. Des changements conformationnels de ces deux protéines permet-tront ensuite la formation d’un complexe trimoléculaire gp120/CD4/co-récep-teur, l’exposition du groupement fusogénique de la gp41, portion transmem-branaire de l’enveloppe virale, et enfin la fusion entre l’enveloppe virale et la membrane cellulaire et le relargage du génome du virus dans la cellule cible.

B. La classification des souches du VIH fondée sur leurs tropismes coïncide

avec l’usage différentiel des co-récepteurs. Alors que les souches macro-phage-tropiques et T-tropiques utilisent respectivement le CCR5 et CXCR4, les souches bi-tropiques sont capables de reconnaître ces deux co-récep-teurs. Les ligands naturels de ces co-récepteurs (MIP1α, MIP1β et RANTES par le CCR5 et le SDF-1 pour le CXCR4) sont capables de bloquer l’infection par le VIH en empêchant la fixation du virus à ces co-récepteurs.

Virus bi-tropique gp120 ARN viral CD4 Membrane cellulaire Co-récepteur

A

B

Virus macrophage-tropique Virus T-tropique

CCR5 CXCR4

MIP-1α MIP-1β

957 tant sur la pathologie du VIH, et on a

établi, grâce aux études longitudi-nales, une corrélation entre le tro-pisme viral et la progression de la maladie chez les individus infectés [3]. Les souches macrophage-tropiques prédominent, surtout lors du stade primaire de l’infection et cela indé-pendamment de la voie de l’infection. Plus tard, le virus évolue vers des souches bitropiques et le déclin du nombre de cellules CD4 coïncide avec l’apparition de souches T-tropiques. Pourquoi les souches macrophage-tro-piques prédominent-elles lors de la phase primaire de l’infection bien que l’inoculât original contienne souvent des souches à tropismes variés ? En rai-son de leur grande capacité de répli-cation et de leurs effets cytopathiques, les souches T-tropiques seraient parti-culièrement exposées au système immunitaire qui parviendrait à les éli-miner dès les premiers stades de l’infection, sélectionnant ainsi les souches macrophage-tropiques. Celles-ci, se répliquant à une faible vitesse, dans des cellules à longue demi-vie telles que les macrophages, seraient capables d’assurer une infection per-sistante avec une faible immunogéni-cité faisant de leurs hôtes cellulaires des réservoirs viraux [4]. De ce fait, ces souches échapperaient aux attaques du système immunitaire et permet-traient la dissémination du virus.

Mutations de CCR5 : résistance à l’infection

Les premières études génétiques, portant sur le polymorphisme du CCR5, ont montré que certains indi-vidus exposés et non infectés synthé-tisent une forme tronquée, indétec-table à la surface cellulaire, de ce co-récepteur (CCR5 ∆32), due à une délétion de 32 pb dans la seconde boucle extracellulaire (m/s n° 8-9, 1996, p. 1037) [1]. Dans la popula-tion européenne, la fréquence de l’allèle CCR5 ∆32 sous forme homo-zygote et hétérohomo-zygote a été estimée respectivement à 1 % et 18 % [1]. A ce jour, on n’a rapporté que deux cas de séropositivité pour le VIH chez des sujets homozygotes pour cette délétion, ce qui confirme l’impor-tance de ce co-récepteur lors des pre-miers stades de l’infection. Par

ailleurs, bien qu’elles restent encore controversées, certaines études ont montré que la présence de cette délétion dans l’un des deux allèles prolonge, de deux à trois ans, le temps de progression vers le SIDA [1]. Une autre mutation, beaucoup plus rare, décrite par l’équipe de l’Institut Pasteur de Paris, CCR5-m303, a des effets similaires [5]. La double hétérozygotie pour CCR5 ∆32 et CCR5-m303 confère une résistance totale à l’infection in vitro par les virus macrophage-tropiques.

Mutations de CCR2 : ralentissement du développement du SIDA

Très récemment une autre mutation a été décrite dans le gène du CCR2 [6]. Elle produit la mutation d’une valine en position 64 en isoleucine dans la première portion transmem-branaire du CCR2 (CCR2-64I). Contrairement au CCR5 ∆32 identi-fié principalement dans la popula-tion caucasienne, l’allèle CCR2-64I est détecté chez des individus appar-tenant à différentes origines eth-niques. Dans la population cauca-sienne, la fréquence de cet allèle est estimée à 9,8 %. Ces études épidé-miologiques ont montré que la forme homozygote ou hétérozygote de l’allèle CCR2-64I prolonge de deux à quatre ans le temps de déve-loppement du SIDA chez les séropo-sitifs. Cependant, aucune de ces deux formes du CCR2-64I n’est associée à une résistance à l’infection par le VIH. La protection conférée par l’allèle CCR2-64I est indépendante de celle du CCR5 ∆32 et les effets des deux mutations sont cumulatifs. Le quart des progresseurs lents est associé aux génotypes CCR5 ∆32 ou CCR2-64I. L’absence d’études fonc-tionnelles rend cependant difficile l’interprétation de ces résultats statis-tiques. Deux possibilités ont été suggé-rées quant au mécanisme d’action du CCR2-64I. Le CCR2-64I agirait sur la cinétique de l’infection puisque le CCR2 peut être utilisé par certaines souches du VIH. Alternativement, le CCR2-64I ségrégerait avec une muta-tion présente dans une séquence régu-latrice ou codante d’un autre gène dont le locus serait proche de celui du gène CCR2 et dont le produit serait

impliqué dans la vitesse de progression vers le SIDA. Les travaux récents du groupe de David Ho semblent appuyer cette seconde hypothèse en montrant que le CCR2-64I est associé à une mutation dans le promoteur du gène CCR5 [7]. Il est important de souligner que les mutations décrites pour CCR5 et CCR2 ne sont pas pré-sentes chez tous les individus à pro-gression lente, suggérant que d’autres facteurs pourraient influencer le cours de l’infection au VIH.

Mutations de SDF-1

et la progression vers le SIDA

Le CXCR4 est le co-récepteur des souches T-tropiques, qui coïncident

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Figure 2. Courbes de survie de

Kaplan-Meier. L’effet protecteur,

individuel ou combiné des mutations décrites dans CCR2, CCR5 et SDF-1, a été évalué chez 603 patients séropo-sitifs d’origine caucasienne et appar-tenant aux cohortes ALIVE, MACS, MHCS et SFCC. Courbe grise : sujets n’ayant aucune mutation dans leurs co-récepteurs. Courbe bistre : sujets hétérozygotes pour au moins une mutation protectrice dans CCR5 ou

CCR2 (CCR5 ∆32 et CCR2-64I).

Courbe rouge pointillée : sujets homozygotes pour la mutation de SDF1 (SDF1-3’A). Courbe rouge : sujets homozygotes pour la mutation SDF1-3’A et hétérozygotes pour au moins une des mutations protec-trices. Le SIDA développé est défini par une baisse de cellules CD4 à un nombre inférieur à 2 000/mm3_{ou par}

la mort suite à une infection par le VIH (reproduite avec la permission de Winkler C, et al. [7] « copyright 1998 American Association for the Advancement of Science »).

Pourcentage de sujets VIH+ n'ayant pas développé le SIDA

958 _{m/s n° 8-9, vol. 14, août-septembre 98} avec le développement du SIDA. A ce

jour aucun polymorphisme n’a été identifié dans le gène CXCR4. Cepen-dant, très récemment, l’équipe de Ste-phen O’Brien (NCI, Frederick, MD, USA) vient de détecter une mutation dans le gène SDF-1 [8]. Le SDF-1 est codé par un gène unique donnant naissance à deux types de protéines issues d’un épissage alternatif, SDF-1α et SDF-1β [9]. La mutation détectée dans SDF-1βcorrespond à la substitu-tion d’une base dans la partie 3’ non codante de son ARNm (SDF1-3’A). Comme l’allèle CCR2-64I, l’allèle SDF1-3’A est présent chez des indivi-dus issus de différentes origines eth-niques et sa fréquence à l’état homo-zygote est inférieure à 5 %. Les individus séropositifs homozygotes pour cette mutation sont deux fois mieux protégés contre la progression de la maladie que ceux portant les mutations CCR5 ∆32 ou CCR2-64I (figure 2). L’effet de cette mutation est non seulement additif mais syner-gique chez les individus portant les mutations CCR5 ∆32 ou CCR2-64I [8] (figure 2). Cette mutation, même à l’état homozygote, ne semble pas conférer de résistance à l’infection ; en revanche, elle joue un rôle majeur lors de l’apparition des souches T-tro-piques, vraisemblablement en aug-mentant la synthèse du SDF-1β. La surexpression de cette protéine pour-rait assurer, via un blocage autocrine ou paracrine du CXCR4 ou par

l’induction de l’endocytose du CXCR4, une résistance à l’entrée des souches T tropiques qui apparaissent plus tard au cours de l’infection empêchant par conséquent la pro-gression clinique rapide des patients. Le mécanisme d’action de la muta-tion SDF1-3’A reste à préciser. Si cette interprétation est correcte, le passage vers un stade symptomatique dépen-drait en grande partie de l’interaction du VIH avec le CXCR4.

Conclusion

La protection conférée par le CCR5

∆32 et le CCR2-64I serait effective sur-tout lors des stades primaires de l’infection alors que le SDF1-3’A agi-rait plus tard, expliquant les effets additifs et/ou synergiques des muta-tions SDF1-3’A, CCR5∆32 et CCR2-64I sur le déroulement de la maladie. Les hétérozygotes composites pour ces mutations seraient donc beaucoup mieux protégés contre différentes souches du VIH. Il reste aussi à véri-fier s’il existe des mutations dans d’autres chimiokines ou récepteurs de chimiokines et à déterminer leur influence sur la pathogénie du VIH. Cette découverte permettra peut être un jour de développer des outils thé-rapeutiques visant à empêcher la pro-gression de la maladie, même à un stade ultérieur à l’infection.

A.Y. R.P.S.

1. Champagne P, Lavoie PM, Sekaly RP, Yachou A. L’infection par le VIH : importance des fac-teurs de l’hôte. Med Sci 1998 ; 14 : 142-7. 2. Clapham PR, Weiss RA. Sploit for choice of co-receptors. Nature 1997 ; 388 : 230-1.

3. Scarlatti G, Tresoldi E, Bjorndal A, Fredriksson R, Colognesi C, Deng HK, Malnati MS, Plebani A, Siccardi AG, Littman DR, Fenyo EM, Lusso P. In

vivoevolution of HIV-1 co-receptor usage and sen-sitivity to chemokine-mediated suppression. Nat

Med1997 ; 3 : 1259-65.

4. Connor RI, Mohri H, Cao Y, Ho DD. Increa-sed viral burden and cytopathicity correlate tem-porally with CD4+_{T-lymphocyte decline and}

cli-nical progression in human immunodeficiency virus type 1-infected individuals. J Virol 1993 ; 67 : 1772-7.

5. Quillent C, Oberlin E, Braun J, Rousset D, Gon-zales-Canali G, Métais P, Montagnier L, Virelizier JL, Arenzana-Seisdedos F, Beretta A. HIV-1-resis-tance phenotype conferred by combination of two separate inherited mutations of CCR5 gene.

Lancet 1998 ; 351 : 14-8.

6. Smith MW, Dean M, Carrington M, Winkler C, Huttley GA, et al. Contrasting genetic influence of CCR2 and CCR5 variants on HIV infection and disease progression. Science 1997 ; 277 : 959-64. 7. Kostrikis LG, Huang Y, Moore JP, Wolinsky SM, Zhang L, Guo Y, Deutsch L, Phair J, Neumann AU, Ho DD. A chemokine receptor CCR2 allele delays HIV-1 disease progression and is associated with a CCR5 promoter mutation. Nat Med 1998 ; 4 : 350-3.

8. Winkler C, Modi W, Smith MW, Nelson GW, Wu X, et al. Genetic restriction of AIDS pathoge-nesis by an SDF-1 chemokine gene variant. Science 1998 ; 279 : 389-93.

9. Shirouzu M, Nakano T, Inazawa J, Tashiro K, Tada H, Shinohara T, Honjo T. Structure and chromosomal localisation of the human stromal cell-derived factor 1 (SDF1) gene. Genomics 1995 ; 28 : 495-500.

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BRÈVE

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nouveau-nés contaminés par le VIH.

Quelques articles faisant mention de la disparition du VIH du sang de nouveau-nés après l’avoir mis en évi-dence à la naissance avaient été rap-portés par m/s en 1995 (m/s n° 5, 1995, p. 781). Malheureusement, aujourd’hui il faut sans doute démentir ces résultats après que des vérifications de chaque échantillon ont été faites [1]. L’étude a porté sur 43 cas de virémie « transitoire » : le diagnostic avait été porté après étude virologique ou immunologique.

Aucun cas n’avait cependant été véri-fié génétiquement sans laisser d’ambiguïté. Il était donc nécessaire de reprendre, avec des outils nou-veaux, l’étude de tous ces échan-tillons : PCR nichée des gènes du VIH, comparaison des séquences env chez l’enfant et sa mère pour analyse phylogénétique. Aucun cas de viré-mie transitoire n’a pu être confirmé ; au contraire, on a mis à jour des contaminations, des erreurs d’étique-tage… Pour affirmer la présence puis la disparition du VIH, des critères précis sont indispensables : n’utiliser

que des échantillons n’ayant pas été manipulés pour d’autres examens ; montrer la liaison phylogénétique entre les souches virales isolées chez le contaminant et le contaminé, en se fondant sur l’analyse de plusieurs types de séquence. Bien que l’allure générale de la maladie se soit beau-coup modifiée depuis l’avènement des nouveaux traitements, on n’a encore jamais pu montrer que qui-conque en ait guéri !